Содержание
сделано первое в истории изображение черной дыры в центре нашей галактики
Международной группе ученых после пяти лет работы удалось пролучить фотоизображение тени черной дыры в центре Млечного Пути
Это не рисунок художника, а изображение, составленное на основе реальных данных, которые много лет собирали несколько телескопов – примерно так, как фотографы ставят ночью свой фотоаппарат на длинную выдержку. Первое в истории изображение черной дыры в самом центре нашей галактики показали астрономы и ученые глобальной международной исследовательской группы радио- и миллиметровых обсерваторий под названием ETH, Event Horizon Telescope (англ: телескоп горизонта событий). Это открытие позволило окончательно доказать существование черной дыры в центре нашей галактики.
По сути же — это изображение тени сверхмассивной черной дыры Sagittarius А (Стрелец А) в центре Млечного Пути, галактики, в которой расположена Земля. От Солнца эта черная дыра находится на расстоянии около 27 тыс.
световых лет.
Свои наблюдения ученые вели еще в 2017 году, а вот на обработку их данных у них ушло целых пять лет, поскольку вокруг Стрельца А очень быстро менялись яркость и структура газа.
Фото тени этой черной дыры дополняет первое изображение тени черной дыры в центре галактики M87, сделанное в 2019 году. Оба снимка удалось получить благодаря синхронизации работы телескопов на разных континентах при помощи атомных часов и суперкомпьютеров для обработки данных.
Понятно, что увидеть саму чёрную дыру невозможно, поскольку она тяжела настолько, что преодолеть ее гравитационное поле и достичь телескопа не в силах даже свет. Яркий же светящийся бублик представляет собой падающий на чёрную дыру газ, который разогревается до колоссальных температур и начинает светиться.
Сетевой аналитик Дмитрий Закотянский пришел в восторг от работы ученых:
«И это, ведь, потрясающе. Когда-то чёрные дыры лишь предполагали — десятки и сотни лет назад. Потом их доказали теоретически, потом нашли и сфотографировали.
Когда-то наличие в центре нашей галактики сверхмассивной чёрной дыры было лишь предположением (первые отдалённые намёки в 60-70-х, первые теоретические подтверждения в начале 2000-х, нобелевская премия в 2020-м) — и вот теперь мы можем видеть её настоящую на фото.
Солнце для нас что-то огромное и в 330 тысяч раз массивнее Земли — а здесь 4 154 000 масс Солнца в одном объекте (по другим оценкам 3,6 или 4,3 млн). Расстояние от Солнца до Земли — 150 млн км, просто диаметр этой штуки — 44 млн км (диаметр Солнца, для сравнения — 1,4 млн км).
26 673 световых года от нас.
Со скоростью в 30% скорости света вращается газ вокруг этого объекта. Со скоростью до 8% скорости света разгоняются в апогее приближения вращающиеся рядом звёзды. Постоянно что-то падает и, разрываясь на части, вызывает вспышки яркости в десятки раз.
И сколько ещё всего феноменального астрофизика только предполагает, что ещё только ждёт своего подтверждения…»
Материалы по теме:
Астрономы обнаружили самую близкую к Земле черную дыру
Астрономы увидели, как черная дыра превратила звезду в спагетти
Странные «орки» рождаются в черных дырах, предполагают астрономы
КосмосНаукаАстрономияФото дняФотоУченыезвезды
Нашли опечатку в тексте? Выделите её и нажмите ctrl+enter
Получено первое фото черной дыры в сердце нашей Галактики
Срочная новость
Названы лучшие работы конкурса «Снимай науку!»
Названы лучшие работы конкурса «Снимай науку!»
ESO Images
12 мая на проведенных одновременно по всему миру пресс-конференциях ученые показали первое изображение сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути.
Как сообщили в Европейской Южной обсерватории (Германия), этот результат с ошеломляющей очевидностью доказывает, что изображенный объект действительно является черной дырой. Получена ценнейшая информация о процессах, происходящих в окрестности таких монстров, которые, как полагают, находятся в центрах большинства галактик. Изображение было получено международной исследовательской группой – Коллаборацией «Телескоп Горизонта Событий» (EHT), которая вела наблюдения объекта при помощи глобальной сети радиотелескопов.
Ученые уже давно наблюдают звезды, обращающиеся вокруг какого-то невидимого, компактного и очень массивного тела в центре Млечного Пути. Есть много свидетельств того, что этот объект, известный как Стрелец A* (сокращенно Sgr A*, произносится «Стрелец А со звёздочкой») — черная дыра.
Публикуемое изображение дает первое прямое визуальное доказательство этого.
Фото: ESO Images
Млечный Путь и положение его центральной чёрной дыры: наблюдения с Большой Атакамской миллиметровой / субмиллиметровой антенной решёткой
Хоть увидеть черную дыру невозможно, так как она действительно абсолютно черная, ее выдает окружающий светящийся газ. Астрономы наблюдают темную центральную область (называемую тенью), окруженную яркой кольцеобразной структурой. Изображение сформировано световыми лучами, искривленными мощной гравитацией черной дыры, масса которой в четыре миллиона раз превышает массу нашего Солнца.
«Мы были поражены тем, насколько точно размер кольца согласуется с предсказаниями общей теории относительности Эйнштейна», — сказал координатор проекта EHT Джеффри Боуэр из Института астрономии и астрофизики при Китайской академии в Тайпее.
Так как эта черная дыра находится от Земли на расстоянии около 27 000 световых лет, ее видимые размеры на небе примерно такие как если бы на поверхность Луны поместили пончик.
Чтобы получить это изображение, группа создала сверхмощную антенную решетку: восемь крупнейших радиообсерваторий со всей планеты, объединившись, создали единый гигантский виртуальный телескоп размером с земной шар. Данные накапливались на протяжении многих часов подряд, подобно тому, как это происходит во время длинных экспозиций с фотокамерой.
Фото: ESO Images
Расположение телескопов, составляющих антенную решётку EHT
В 2019 году коллаборация таким образом получила первую в истории фотографию черной дыры M87* в центре далёкой галактики Мессье 87. Две черных дыры выглядят очень схожими, хотя объект в нашей галактике более, чем в тысячу раз меньше.
«Мы имеем дело с двумя совершенно разными типами галактик и двумя объектами очень разной массы, но, как ни странно, эти черные дыры выглядят удивительно похожими. Это говорит нам, что общая теория относительности управляет всем поведением этих объектов, а любые отличия, которые мы видим, должны обусловливаться различиями в веществе, окружающем эти чёрные дыры», — говорит Сера Маркофф, сопредседатель Научного совета EHT, профессор теоретической астрофизики Амстердамского университета в Нидерландах.
Получить это изображение было гораздо труднее, чем изображение M87*, несмотря на то, что Sgr A* расположен гораздо ближе к нам.
Научный сотрудник группы EHT Чи-куань Чань из обсерватории Стюарда (США), объясняет: «Газ в окрестности обеих чёрных дыр — и Sgr A*, и M87* — движется с одинаковой скоростью, почти равной скорости света. Но на то, чтобы совершить один оборот вокруг большей по размеру M87*, у газа уходит от нескольких дней до нескольких недель, а вокруг гораздо меньшей Sgr A* он обращается за несколько минут. Это объясняет, почему яркость и структура газа вокруг Sgr A* во время наблюдений менялась очень быстро — ситуация, немного похожая на попытку получить четкое фото щенка, который носится по комнате, гоняясь за собственным хвостом».
Изображение Sgr A* усреднялось по многим различным индивидуальным визуализациям, полученным группой, пока наконец не удалось впервые выявить тень гигантского монстра, затаившегося в центре нашей галактики.
Получение этого результата стало возможным благодаря усилиям более трехсот исследователей из 80 институтов всего мира.
Группа упорно работала на протяжении пяти лет.
Ученые особенно довольны тем, что наконец получили изображения двух чёрных дыр очень разных размеров, и теперь имеют возможность сравнивать их друг с другом. Новые данные начали использоваться для тестирования теорий и моделей поведения газа в окрестностях сверхмассивных черных дыр. Эти процессы еще далеки от полного понимания, но по всей видимости именно они играют ключевую роль в образовании и эволюции галактик.
Проект EHT продолжает развиваться: в ходе большой наблюдательной кампании в марте 2022 года было задействовано больше телескопов, чем когда бы то ни было. Это позволит ученым в ближайшем будущем получить еще более впечатляющие изображения и даже видео с черными дырами.
Внеземное
Остальные теги
Расскажите друзьям
franz12 / Shutterstock.com
У мертвого Стива Джобса взяли интервью
Фрагмент рукописи
Museum of the Bible
Найдена часть утерянного древнейшего звездного каталога — 2000-летней рукописи Гиппарха
Parabon Nanolabs, Virginia Commonwealth University
Реконструировано лицо «вампира» XVIII века, похороненного в Коннектикуте
Художественное представление о Kepler-186f, экзопланете размером с Землю, вращающейся вокруг красного карлика в созвездии Лебедя
NASA/Tim Pyle
Ученые: кислород не может быть идеальным признаком жизни на других планетах
Квантовая криптография против квантового компьютера: невероятное будущее физики?
Хотите быть в курсе последних событий в науке?
Оставьте ваш email и подпишитесь на нашу рассылку
Ваш e-mail
Нажимая на кнопку «Подписаться», вы соглашаетесь на обработку персональных данных
Что на самом деле показывает изображение черной дыры Млечного Пути | Наука
Черная дыра Млечного Пути, Стрелец А*
Абхишек Джоши / UIUC
Черные дыры хранят свои секреты в секрете.
Они заключают в тюрьму навсегда все, что входит. Свет сам по себе не может избежать голодного притяжения черной дыры.
Казалось бы, черная дыра должна быть невидимой — и сфотографировать ее невозможно. Вот такая фанфара сопровождала релиз в 2019 году.первое изображение черной дыры. Затем, весной 2022 года, астрономы представили еще одну фотографию черной дыры — на этот раз в центре нашего Млечного Пути.
На изображении показана оранжевая капля в форме пончика, которая очень похожа на более раннее изображение черной дыры в центре галактики Мессье 87. Но черная дыра Млечного Пути, Стрелец A*, на самом деле намного меньше первой и его было труднее увидеть, поскольку для этого требовалось вглядываться сквозь туманный диск нашей галактики. Таким образом, несмотря на то, что наблюдения нашей собственной черной дыры велись одновременно с M87, на создание картины ушло еще три года. Для этого потребовалось международное сотрудничество сотен астрономов, инженеров и ученых-компьютерщиков, а также разработка сложных компьютерных алгоритмов для составления изображения из необработанных данных.
Новое изображение черной дыры Стрельца A* подтверждает и уточняет предыдущие предсказания о ее размере и ориентации. Масса черной дыры определяет ее размер, или то, что ученые называют ее гравитационным диаметром. Точка, в которой свет не может выйти из черной дыры, называется горизонтом событий и определяется этой массой и вращением черной дыры. Горячая плазма движется вокруг массивного объекта в аккреционном диске, излучая радиоволны. Эти радиоволны изгибаются и искажаются под действием гравитации (благодаря эффекту «гравитационного линзирования»), создавая изображение оранжевых внешних кругов. Тень черной дыры и эмиссионное кольцо, показанные здесь, являются гравитационно-линзированными проекциями дальней стороны горизонта событий черной дыры и аккреционного диска соответственно.
Репортаж К. Маккормика / Knowable Magazine
Эти «фотографии», конечно, не показывают напрямую черную дыру, определяемую как область пространства внутри барьера точки невозврата, известного как горизонт событий.
На самом деле они записывают части плоского блина горячей плазмы, кружащейся вокруг черной дыры на высоких скоростях в так называемом аккреционном диске. Плазма состоит из заряженных частиц высокой энергии. Когда плазма закручивается вокруг черной дыры, ее ускоряющиеся частицы излучают радиоволны. Размытое оранжевое кольцо на снимках представляет собой сложную реконструкцию этих радиоволн, захваченных восемью телескопами, разбросанными по всей Земле и известными как Телескоп Горизонта Событий (EHT).
Последнее изображение рассказывает об эпическом путешествии радиоволн из центра Млечного Пути, предоставляя беспрецедентные подробности о Стрельце А*. Это изображение также представляет собой «одно из наиболее важных визуальных доказательств общей теории относительности», нашей лучшей на данный момент теории гравитации, говорит Сера Маркофф, астрофизик из Амстердамского университета и член коллаборации EHT.
Изучение сверхмассивных черных дыр, таких как Стрелец A*, поможет ученым узнать больше о том, как галактики развиваются с течением времени и как они собираются в огромные скопления по всей Вселенной.
Стрелец A* в 1600 раз меньше черной дыры Мессье 87, сфотографированной в 2019 году, а также примерно в 2100 раз ближе к Земле. Это означает, что две черные дыры на небе кажутся примерно одинакового размера. Джеффри Бауэр, ученый проекта EHT из Института астрономии и астрофизики Academia Sinica на Тайване, говорит, что разрешение, необходимое для наблюдения Стрельца А* с Земли, такое же, как и для снимка апельсина на поверхности Земли. Луна.
Центр нашей галактики находится на расстоянии 26 000 световых лет от нас, поэтому радиоволны, собранные для создания этого изображения, были излучены примерно в то время, когда было построено одно из первых известных постоянных человеческих поселений. Путешествие радиоволн началось, когда они впервые были испущены частицами в аккреционном диске черной дыры. С длиной волны около 1 мм излучение двигалось к Земле относительно невозмущенным промежуточным галактическим газом и пылью. Если бы длина волны была намного короче, как у видимого света, радиоволны рассеивались бы пылью.
Если бы длина волны была намного больше, волны искривлялись бы заряженными облаками плазмы, искажая изображение.
Наконец, после 26 000-летнего пути радиоволны были уловлены и записаны радиообсерваториями, разбросанными по всей нашей планете. Большое географическое разделение между обсерваториями было важно — оно позволило консорциуму исследователей обнаружить чрезвычайно тонкие различия в радиоволнах, собранных в каждом месте, с помощью процесса, называемого интерферометрией. Эти небольшие различия используются для определения незначительных различий в расстоянии, которое проходит каждая радиоволна от своего источника. Используя компьютерные алгоритмы, ученым удалось расшифровать различия в длине пути радиоволн, чтобы восстановить форму объекта, который их излучал.
Последнее изображение черной дыры было создано с помощью метода, называемого интерферометрией, в котором сравниваются радиоволны, излучаемые черной дырой и собираемые восемью телескопами, расположенными по всему миру.
Если бы два участка собирали волны, которые были «синфазны», то есть пики волн выровнялись бы друг с другом, то две волны складывались бы вместе, чтобы создать яркое пятно на изображении. Если, с другой стороны, волны были не в фазе, то есть пик одной волны совпадал с впадиной другой, волны компенсировали бы друг друга, создавая темное пятно на изображении. Работая вместе, телескопы могут собирать более подробные данные, чем любой из них в одиночку.
Репортаж К. Маккормика / Knowable Magazine
Исследователи поместили все это в изображение в искусственных цветах, где оранжевый цвет представляет радиоволны высокой интенсивности, а черный — низкой интенсивности. «Но каждый телескоп улавливает лишь малую часть радиосигнала», — объясняет Фульвио Мелиа, астрофизик из Аризонского университета, написавший о сверхмассивной черной дыре в нашей галактике. Поскольку мы пропускаем большую часть сигнала, «вместо кристально чистой фотографии вы видите что-то немного туманное… немного размытое».
Изображение помогает больше узнать о горизонте событий черной дыры — ближайшей точке, к которой что-либо может приблизиться к черной дыре, не будучи втянутым в нее. За пределы горизонта событий не может выйти даже свет.
По изображению ученые смогли лучше оценить размер горизонта событий и сделать вывод, что аккреционный диск наклонен более чем на 40 градусов по отношению к диску Млечного Пути, так что мы видим круглую грань плоского аккреционный диск, а не тонкая полоска его края.
Но даже если бы аккреционный диск черной дыры был ориентирован ребром относительно Земли, гравитация вокруг черной дыры искажает пространство вокруг нее настолько сильно, что свет, испускаемый с обратной стороны черной дыры, преломлялся бы, чтобы прийти к нам , образуя кольцеобразное изображение независимо от его ориентации. Итак, как ученые узнают его ориентацию? Потому что кольцо в основном круглое; если бы мы смотрели на аккреционный диск с ребра, то кольцо было бы более сжатым и продолговатым.
Маркофф считает, что эта новая возможность заглянуть в сердце нашей галактики поможет заполнить пробелы в нашем понимании эволюции галактик и крупномасштабной структуры Вселенной. Плотный, массивный объект, такой как черная дыра в центре галактики, влияет на движение звезд и пыли вокруг него, и это влияет на то, как галактика меняется с течением времени. Свойства черной дыры, например направление ее вращения, зависят от истории ее столкновений — возможно, со звездами или другими черными дырами. «Многие люди… смотрят на небо и думают, что оно статичное, верно? Но это не так. Это большая экосистема вещей, которая развивается», — говорит Маркофф.
На данный момент тот факт, что изображение так точно соответствует ожиданиям ученых, делает его важным подтверждением современных теорий физики. «Это было предсказание, которое мы делали в течение двух десятилетий, — говорит Бауэр, — что мы увидим кольцо такого масштаба. Но, знаете ли, увидеть значит поверить».
Журнал Knowable Magazine — это независимое журналистское издание Annual Reviews.
Рекомендуемые видео
Задание сфотографировать черную дыру в центре нашей собственной галактики
По
Луиза Лернер
Одним из ярких пятен в темных 2020-х годах, как это ни парадоксально, стали изображения черных дыр — первые прямые визуальные свидетельства астрономического явления.
Снимок, сделанный астрономами с помощью телескопа «Горизонт событий», попал на первые страницы газет по всему миру. 2019на снимке запечатлена черная дыра в галактике, удаленной от нас на миллионы световых лет; но в 2022 году они объявили о первом изображении сверхмассивной черной дыры, которая находится в центре нашей собственной галактики.
Эта черная дыра, названная Стрельцом А*, не представляет угрозы для нас, землян.
Но это могло бы помочь нам понять, как сформировался Млечный Путь, а также странную физику, происходящую в черных дырах и вблизи них.
«Черная дыра в центре галактики особенная для нас, — сказал Джон Карлстром, почетный профессор астрономии, астрофизики и физики Чикагского университета Джон Карлстром. «В некотором смысле, это наша собственная черная дыра. Нам бы очень хотелось узнать и понять, что там происходит, и иметь возможность связать это с динамикой нашей галактики в целом».
Телескоп размером с Землю
Черные дыры названы так потому, что их самих нельзя увидеть — это области пространства, где гравитация настолько сильна, что даже свет не может покинуть ее. Яркие «бублики» света на известных изображениях на самом деле представляют собой свет и материю, разрываемую на части и пережевываемую черными дырами.
Но эти черные дыры так далеко, что даже такие туманные изображения отмечают невероятный подвиг науки, техники и глобального сотрудничества.
Ученые выяснили, что если они направят телескопы по всей Земле в одно и то же время в одно и то же место и сопоставят данные, получится так, как если бы это был один большой телескоп, охватывающий размер Земли. Это то, чем на самом деле является «Телескоп горизонта событий» — набор телескопов по всему миру, которые обычно используются для других целей.
Карлстром является директором одного из таких объектов, Телескопа Южного полюса, который находится в Антарктиде. Он был построен для исследования неба на предмет остатков света, оставшегося от Большого взрыва. Но его удаленное расположение, выбранное из-за необычайно чистого неба и низкой влажности, также делает его идеальным для лунного света в рамках сотрудничества Event Horizon Telescope.
Телескоп Южного полюса уже служил важным стержнем для получения первого изображения черной дыры, но его географическое положение делает его еще более важным для наблюдения Стрельца A*.
«Телескоп Южного полюса находится там, на дне Земли, и это означает, что мы можем смотреть на центр нашей галактики все время, 24 часа в сутки», — сказал Карлстром.
Что может сказать нам Стрелец А*?
Черные дыры всегда привлекали ученых. «Это невероятно радикальные объекты. Я имею в виду, они сделаны из пространства и времени!» сказал профессор Калифорнийского университета в Чикаго Дэниел Хольц, эксперт по черным дырам. И как таковые, они предлагают уникальную возможность понять законы Вселенной.
За последнее десятилетие или два мы узнали гораздо больше о черных дырах: ученые, такие как лауреат Нобелевской премии Андреа Гез, помогли доказать само существование Стрельца А*, а детекторы LIGO уловили рябь от двух столкновений черных дыр. далекая галактика.
Тем не менее, многое еще предстоит открыть. Например, по словам Хольца, многие вращаются вокруг того, что попадает в черные дыры.
«У нас куча вопросов.
Что попадает? Как часто он попадает? Когда он падает внутрь, сколько выплевывается обратно? Приводит ли это к вращению черной дыры, и как все это влияет на галактику вокруг нее?» он сказал.
Еще один: Какую роль эти черные дыры в центрах галактик играют в том, как мы здесь оказались?
Теперь ученые считают, что сверхмассивные черные дыры сидят в центрах большинства крупных галактик, подобно паукам в их замысловатой паутине. Многие считают, что эти черные дыры в первую очередь участвуют в формировании галактик, потому что размер каждой черной дыры коррелирует с размером соответствующей галактики.
«Если у вас есть большая галактика, у вас есть большая черная дыра в центре, а если у вас есть маленькая галактика, у вас есть маленькая черная дыра в центре — и мы не знаем, почему это может быть», — сказал Хольц. . «Мы чувствуем, что в этом должно быть что-то глубокое, если бы мы только могли раскрыть, как эти вещи связаны друг с другом».
На самом деле, ученые не уверены, как вообще образуются эти сверхмассивные черные дыры.
У нас есть надежная теория, объясняющая, как образуются меньшие черные дыры — когда определенный тип звезд становится сверхновой и коллапсирует сам в себя. А вот большие — загадка. Мы знаем, что черные дыры могут сталкиваться и образовывать большие черные дыры, потому что это то, что мы видели с помощью LIGO. Но мы не знаем, так ли образовались эти сверхмассивные черные дыры, или они просто съели множество ближайших звезд, или что-то еще, до чего еще никто не додумался.
Получение дополнительных данных с помощью телескопа «Горизонт событий», космического телескопа Джеймса Уэбба, LIGO и других средств — единственный способ пролить свет на эти загадочные объекты.
«Все становится намного сложнее»
Если в центре нашей собственной галактики скрывается черная дыра, то почему на первом снимке нам показана дыра, расположенная намного дальше? Оказывается, Стрелец А* неуловим по нескольким причинам.
Первый снимок, который мы сделали, был M87, который намного больше, чем Стрелец A*, и это имеет значение.
«Стрелец A* в тысячу раз меньше, чем M87 — все еще монстр, но в тысячу раз меньше — и, как следствие, он фактически развивается в тысячу раз быстрее», — объяснил профессор Джон Карлстром.
«M87 слегка изменился в течение нескольких дней; теперь со Стрельцом А* это меняется в масштабе минут, так что становится намного сложнее. Мы должны адаптировать анализ, чтобы учесть, что он так быстро меняется», — сказал он.
Представьте, что вы пытаетесь сфотографировать человека, проезжающего мимо на велосипеде. Если они крутят педали медленно, легче получить четкое фото. Но чем быстрее они двигаются, тем размытее получается фотография.
Черная дыра SgrA* быстро менялась во время наблюдений, поэтому коллаборация EHT создала тысячи возможных интерпретаций данных и усреднила их вместе, чтобы создать одно репрезентативное изображение. Анимация Калифорнийского технологического института / IPAC.
Еще одна проблема заключается в учете пыли и газа в нашей собственной галактике, которые могут омрачить картину.